本發(fā)明涉及對液體中的含氣量進行測定的裝置，尤其涉及低粘度液體含氣量可視化測量裝置。

背景技術：

空化是在常溫液體內(nèi)部引起局部壓力降低而發(fā)生氣化和液化的現(xiàn)象，廣泛發(fā)生于直噴內(nèi)燃機、船舶工程、水中兵器、水利工程和水力機械中?？栈陌l(fā)生與空化泡的潰滅常常伴隨著振動、噪聲和空蝕等現(xiàn)象，因此空化的研究逐漸受到了國內(nèi)外研究人員的重視。空化的發(fā)生與液體中氣核的含量密切相關，然而多年以來測量液體含氣量的成本一直很高，且機構過于復雜。

從20世紀60年代到80年代，已經(jīng)有許多學者使用過諸多方法來測量空化核譜，例如庫爾特計數(shù)器法、聲衰減法、聲計數(shù)法、激光散射法、同軸激光全息法和顯微照相法等，但是各個測量方法所得的數(shù)據(jù)彼此相差很大，無法判斷哪個方法測得的數(shù)據(jù)是正確的。

21世紀出現(xiàn)來了激光全息測核法，該方法能區(qū)分氣泡和固體微粒，盡管數(shù)據(jù)的判讀比較費時，但是可以實時分析氣核，然而由于其價格昂貴，難以量產(chǎn)推廣使用，因此迫切需要研究出一種方便含氣量測量的設備。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種結構簡單的低粘度液體含氣量測量裝置，該裝置基于噴孔中空化長度與液體含氣量成正相關原理，運用可視化技術和激光全息測核法進行準確標定后能準確預估待測液體中的的含氣量。

本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的。

低粘度液體含氣量可視化測量裝置，其特征在于，包括攪拌器、恒溫水箱、加熱線圈、熱電偶、電磁閥、齒輪泵、壓力表、空化發(fā)生器、回水管、回水箱和控制器；

所述恒溫水箱中測量液體，所述攪拌器、加熱線圈和熱電偶均安裝于恒溫水箱中，并位于測量液體的液面下方，恒溫水箱與齒輪泵的入口端通過低壓軟管連接，所述低壓軟管上設有電磁閥；

所述空化發(fā)生器采用透明材料制成，空化發(fā)生器的中心軸線上設有相互連通的入孔和噴孔，所述噴孔的直徑小于入孔的直徑，所述空化發(fā)生器的外表面上設有刻度；

所述齒輪泵的出口端通過高壓管道與空化發(fā)生器的液體入口連通，所述高壓管道上設有壓力表，所述空化發(fā)生器的液體出口通過回水管與回水箱連接；

所述控制器與攪拌器、熱電偶、電磁閥以及齒輪泵電連接，所述控制器能準確調(diào)節(jié)攪拌器、熱電偶、電磁閥和齒輪泵的啟停。

優(yōu)選地，所述高壓管道通過夾具與空化發(fā)生器連通，所述夾具包括第一夾板、第二夾板和四個螺栓，所述第一夾板上設有通孔，所述空化發(fā)生器套在第一夾板的通孔上，所述第二夾板蓋在空化發(fā)生器上，第二夾板上表面中心設有圓臺，第二夾板上和圓臺上設有高壓液體入口，所述高壓液體入口與空化發(fā)生器的測量液體入口連通，所述第一夾板和第二夾板的兩端分別通過兩個螺栓將空化發(fā)生器夾緊，所述高壓管道與圓臺通過螺紋連接。

優(yōu)選地，所述攪拌器、加熱線圈和熱電偶位于測量液體的液面的下方2cm以下。

低粘度液體含氣量可視化測量裝置的標定方法，包括以下步驟：

步驟A)利用激光全息測核法測量出待測液體中在標定壓力和標定溫度下的含氣量；

步驟B)利用低粘度液體含氣量可視化測量裝置測出該待測液體在標定壓力和標定溫度下空化發(fā)生器中的空化長度，從而得到一系列含氣量與空化長度相對應的數(shù)據(jù)庫，具體包括以下步驟：

步驟B1)測量前，向恒溫水箱中加入足量的待測液體，通過控制器啟動整個測量裝置，使得空化發(fā)生器連續(xù)噴射液體兩分鐘后關閉測量裝置；

步驟B2)開始測量空化長度，先向恒溫水箱中加入足量的待測液體，通過控制器啟動整個測量裝置，設備啟動后，控制器自動監(jiān)測待測液體的溫度，若待測液體的溫度低于測量溫度，則電磁閥和齒輪泵關閉，與此同時攪拌器和加熱線圈開始工作；若待測液體的溫度達到標定溫度，則加熱線圈停止加熱，攪拌器停止攪拌，同時電磁閥打開，齒輪泵開始工作；

步驟B3)齒輪泵開始工作后，調(diào)節(jié)齒輪泵的功率并同時觀察壓力表的壓力，若壓力表的壓力為標定壓力，則停止調(diào)節(jié)齒輪泵的功率；

步驟B4)壓力穩(wěn)定后，記錄空化發(fā)生器上的幾何空化長度，反復多次試驗后，得到一系列含氣量與空化長度相對應的數(shù)據(jù)庫；

步驟C)根據(jù)待測液體不同，得到不同待測液體的數(shù)據(jù)庫。

優(yōu)選地，所述攪拌器的攪拌速度為60r/min，所述恒溫水箱的溫度變化≤1℃；所述高壓管道能承受的壓力大于7MPa，所述低壓軟管和高壓管道外表面設有保溫層；所述壓力表的量程為0-5MPa，精度<0.05MPa。

7.低粘度液體含氣量測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1)測量前，向恒溫水箱中加入足量的待測液體，通過控制器啟動整個測量裝置，使得空化發(fā)生器連續(xù)噴射液體兩分鐘后關閉測量裝置；

S2)先向恒溫水箱中加入足量的待測液體，通過控制器啟動整個測量裝置，設備啟動后，控制器自動監(jiān)測待測液體的溫度，若待測液體的溫度低于測量溫度，則電磁閥和齒輪泵關閉，與此同時攪拌器和加熱線圈開始工作；若待測液體的溫度達到標定溫度，則加熱線圈停止加熱，攪拌器停止攪拌，同時電磁閥打開，齒輪泵開始工作；

S3)齒輪泵開始工作后，調(diào)節(jié)齒輪泵的功率并同時觀察壓力表的壓力，壓力表的壓力為標定壓力，則停止調(diào)節(jié)齒輪泵的功率；

S6)壓力穩(wěn)定后，觀察空化發(fā)生器上的幾何空化長度，每隔10秒記錄一次空化長度，記錄十次空化長度后求出平均的幾何空化長度；

S7)將所得的平均幾何空化長度與上述標定方法所得的數(shù)據(jù)庫中標定時的含氣量進行比對，即得待測液體的含氣量。

本發(fā)明的有益效果：

該測量裝置結構簡單，易于安裝，測量方法簡便，能較為準確的測定低粘度液體中的含氣量，對于直噴內(nèi)燃機、船舶工程、水中兵器、水利工程和水力機械等研究領域的研究有積極作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述低粘度液體含氣量測量裝置的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明所述空化發(fā)生器的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明所述夾具與空化發(fā)生器的裝置示意圖。

其中：

1.攪拌器；2.恒溫水箱；3.加熱線圈；4.熱電偶；5.電磁閥；6.功率可調(diào)齒輪泵；7.壓力表；8.空化發(fā)生器；801.液體入口；802.噴孔；803.入孔；804.液體出口；；9.回水管；10.回水箱；11.夾具；1101.第一夾板；1102.第二夾板；1103.螺栓；1104.高壓液體入口；12.控制器。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1所示，本發(fā)明所述的低粘度液體含氣量可視化測量裝置，包括攪拌器1、恒溫水箱2、加熱線圈3、熱電偶4、電磁閥5、齒輪泵6、壓力表7、空化發(fā)生器8、回水管9、回水箱10和控制器12。

本實施例中以水作為測量液體，所述恒溫水箱2中裝有水，由于空化與水溫有關，測量含氣量時需要恒溫，因此恒溫水箱2外覆有一層保溫層。所述攪拌器1、加熱線圈3和熱電偶4均安裝于恒溫水箱2中，并位于水的液面下方2cm以下，以便對水進行加熱和測量溫度。為防止水花四濺導致水中溶解空氣，攪拌器1的攪拌速度設定在60r/min；為減小儀器測量誤差，所述恒溫水箱2中的水溫變化在1℃以內(nèi)。

恒溫水箱2通過低壓軟管與電磁閥5連接，電磁閥5通過低壓軟管與齒輪泵6的入口端連接，所述齒輪泵6的出口端通過高壓管道和夾具11與空化發(fā)生器8連接，齒輪泵6的功率可調(diào)節(jié)，齒輪泵6可穩(wěn)定提供0-4MPa的壓力，為保證測量精度，壓力波動小于0.01MPa。

所述高壓管道上設有壓力表7，所述壓力表7與高壓管道通過螺紋連接，壓力表7的量程為0-5MPa，精度<0.05MPa，所述空化發(fā)生器8通過回水管9與回水箱10連接，所述與回水箱10用于收集實驗后的待測液體。

所述夾具11包括第一夾板1101、第二夾板1102和四個螺栓1103，所述第一夾板1101上設有通孔，所述空化發(fā)生器8套在第一夾板1101的通孔上，所述第二夾板1102蓋在空化發(fā)生器8上，第二夾板1102上表面中心設有圓臺，第二夾板上1102和圓臺上設有高壓液體入口1104，所述高壓液體入口1104與空化發(fā)生器8的測量液體入口801連通，所述第一夾板1101和第二夾板1102的兩端分別通過兩個螺栓1103將空化發(fā)生器8夾緊，所述高壓管道與圓臺通過螺紋連接。

所述空化發(fā)生器8采用有機玻璃(PMMA)制成，該材料不僅具有良好的透光性以實現(xiàn)對空化的可視化，而且還能保證在測量條件下能安全工作，空化發(fā)生器8的中心軸線上設有相互連通的入孔803和噴孔802，測量液體出口804的直徑小于測量液體入口801的直徑，空化發(fā)生器8的外表面設有刻度，最小刻度為0.5mm。

所述控制器12與攪拌器1、熱電偶4、電磁閥5以及功率可調(diào)齒輪泵6電連接，所述控制器12能準確調(diào)節(jié)攪拌器1、熱電偶4、電磁閥5和功率可調(diào)齒輪泵6的啟停。

本發(fā)明測量所述的低粘度液體含氣量可視化測量裝置的標定方法：

包括以下步驟：

步驟A)利用激光全息測核法測量出待測液體中在標定壓力和標定溫度下的含氣量；

步驟B)利用低粘度液體含氣量可視化測量裝置測出該待測液體在標定壓力和標定溫度下空化發(fā)生器8中的空化長度，從而得到一系列含氣量與空化長度相對應的數(shù)據(jù)庫，其中攪拌器1的攪拌速度為60r/min，所述恒溫水箱2的溫度變化≤1℃；所述高壓管道能承受的壓力大于7MPa，所述低壓軟管和高壓管道外表面設有保溫層；所述壓力表7的量程為0-5MPa，精度<0.05MPa。具體包括以下步驟：

步驟B1)測量前，向恒溫水箱2中加入足量的待測液體，通過控制器12啟動整個測量裝置，使得空化發(fā)生器8連續(xù)噴射液體兩分鐘后關閉測量裝置；

步驟B2)開始測量空化長度，先向恒溫水箱2中加入足量的待測液體，通過控制器12啟動整個測量裝置，設備啟動后，控制器12自動監(jiān)測待測液體的溫度，若待測液體的溫度低于測量溫度，則電磁閥5和齒輪泵6關閉，與此同時攪拌器1和加熱線圈3開始工作；若待測液體的溫度達到標定溫度，則加熱線圈3停止加熱，攪拌器1停止攪拌，同時電磁閥5打開，齒輪泵6開始工作；

步驟B3)齒輪泵6開始工作后，調(diào)節(jié)齒輪泵6的功率并同時觀察壓力表7的壓力，若壓力表7的壓力為標定壓力，則停止調(diào)節(jié)齒輪泵6的功率；

步驟B4)壓力穩(wěn)定后，記錄空化發(fā)生器8上的幾何空化長度，反復多次試驗后，得到一系列含氣量與空化長度相對應的數(shù)據(jù)庫；

步驟C)根據(jù)待測液體不同，得到不同待測液體的數(shù)據(jù)庫。

低粘度液體含氣量測量裝置的測量方法，具體操作步驟為：

S1)測量前，向恒溫水箱2中加入足量的待測液體，通過控制器12啟動整個測量裝置，使得空化發(fā)生器8連續(xù)噴射液體兩分鐘后關閉測量裝置；

S2)先向恒溫水箱2中加入足量的待測液體，通過控制器12啟動整個測量裝置，設備啟動后，控制器12自動監(jiān)測待測液體的溫度，若待測液體的溫度低于測量溫度，則電磁閥5和齒輪泵6關閉，與此同時攪拌器1和加熱線圈3開始工作，攪拌器1的攪拌速度為60r/min；若待測液體的溫度達到標定溫度，則加熱線圈3停止加熱，攪拌器1停止攪拌，同時電磁閥5打開，齒輪泵6開始工作；

S3)齒輪泵6開始工作后，調(diào)節(jié)齒輪泵6的功率并同時觀察壓力表7的壓力，壓力表7的壓力為標定壓力，則停止調(diào)節(jié)齒輪泵6的功率；

S6)壓力穩(wěn)定后，觀察空化發(fā)生器8上的幾何空化長度，每隔10秒記錄一次空化長度，記錄十次空化長度后求出平均的幾何空化長度；

S7)將所得的平均幾何空化長度與利用權利要求5中所述的標定方法所得的數(shù)據(jù)庫中標定時的含氣量進行比對，即得待測液體的含氣量。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。